美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院、科羅拉多大學(xué)天體物理聯(lián)合實驗室（JILA）等機(jī)構(gòu)的研究人員，在6日的《科學(xué)》雜志上報告稱，他們開展的一項精確度達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄水平的新測量，證實了電子中電荷的分布基本上是完美的圓球形。該結(jié)果意味著，要解開宇宙中物質(zhì)為何多于反物質(zhì)這一謎團(tuán)需另辟蹊徑。
電子由負(fù)電荷組成，美國天體物理聯(lián)合實驗室（JILA）的科學(xué)家一直在嘗試測量電荷在電子北極和南極之間分布的均勻程度。任何不均勻性都表明電子不是完美的圓形，這將是早期宇宙不對稱性導(dǎo)致物質(zhì)存在的證據(jù)。
圖片來源：JILA
在宇宙誕生的最初時刻，無數(shù)的質(zhì)子、中子和電子與它們的反物質(zhì)對應(yīng)物一起形成。隨著宇宙的膨脹和冷卻，幾乎所有這些物質(zhì)和反物質(zhì)粒子都會相遇并相互湮滅，只留下光子。如果宇宙是完全對稱的，物質(zhì)和反物質(zhì)的數(shù)量相等，那么故事就結(jié)束了，而人類永遠(yuǎn)不會存在。但一定有一種不平衡，即一些剩余的質(zhì)子、中子和電子，形成了原子、分子、恒星、行星、星系，最終出現(xiàn)了人類。
那么宇宙為什么會有這種不對稱性？為了幫助解釋這種現(xiàn)象，尋找不對稱的跡象，科學(xué)家一直在研究電子等基本粒子。
尋找不對稱性證據(jù)的一個目標(biāo)是電子的電偶極矩（eEDM)。電子是由負(fù)電荷組成的，eEDM表明了電荷在電子北極和南極之間分布的均勻程度。測量到任何高于零的eEDM都將證實存在不對稱性——電子更多地呈蛋形而不是圓形。但沒有人知道這種偏差到底有多小。
此次，研究團(tuán)隊創(chuàng)下了精確測量eEDM的紀(jì)錄，比之前的測量結(jié)果精確度提高了2.4倍。
這有多精確？研究人員解釋說，如果電子的大小與地球一樣大，他們的測量會發(fā)現(xiàn)比原子半徑還要小的不對稱性。
為了測量粒子的形狀，研究人員觀察了電子是否在電場中旋轉(zhuǎn)。如果電子不是圓形的，而是略呈蛋形的，電場就會對它們施加扭矩，就像重力把豎起的雞蛋弄倒一樣。
為了觀察這種扭矩，他們觀察了帶電的氟化鎵分子能級的變化。電子的任何扭矩都會給分子帶來不同的能級，這取決于“蛋形電子”相對于電場的方向。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)，分子的能級沒有差異，這證實了電子確實非常圓。
理論物理學(xué)家認(rèn)為，某些亞原子粒子的存在可能會使平衡向物質(zhì)傾斜。如果這些粒子存在，它們也會在電子周圍短暫地出現(xiàn)和消失，從而使電子變成橢圓形。雖然目前的測量尚未發(fā)現(xiàn)存在不對稱性電子的證據(jù)，但該結(jié)果有助于科學(xué)家繼續(xù)尋找早期宇宙不對稱性的答案。
